热轧辊形配置对无取向硅钢板形控制性能的影响

D01:10.13374j.isml00103x.2007.10.0I6 第29卷第10期 北京科技大学学报 Vol.29 No.10 2007年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0et.2007 热轧辊形配置对无取向硅钢板形控制性能的影响 曹建国D魏钢城2》张杰1)苏毅2》陈刚2) 1)北京科技大学机械工程学院北京1000832)武汉钢铁（集团）公司，武汉430083 摘要通过现场跟踪测试分析了常规支持辊，常规工作辊和自主开发应用的VCR变接触支持辊和ASR非对称自补偿工 作辊在服役期内的辊形变化特点.建立有限元模型分析了常规支持辊/工作辊、变接触支持辊VCW常规工作辊和变接触支持 辊VC/非对称自补偿工作辊ASR三种代表性热轧辊形配置对硅钢热轧板形控制性能的影响.与常规辊形配置相比.VCR/ ASR新辊形配置的辊缝凸度调节域提高12.79%.辊缝横向刚度提高25.30%，服役前期和后期辊间接触压力峰值分别下降 4023%和4140%.VCR/ASR新辊形配置在武钢1700mm热连轧机连续稳定工业应用表明，无取向硅钢板形质量提高，轧 制单位扩大，有效改善工作辊严重磨损对硅钢边降板形控制性能影响. 关键词热轧：带钢：磨损：有限元分析：板形控制 分类号TG333.71 冷轧硅钢片作为国家优先发展的高效节能、用 (士150mm)的WS机型和强力液压弯辊（单侧最 量大的优秀软磁功能材料，是我国钢铁工业品种结 大弯辊力由原来的900kN提高到2000kN),采 构调整的重中之重.目前武钢、宝钢、太钢和鞍钢等 用常规支持辊和工作辊辊形.1997一2000年，北京 重点治金企业都在不断扩大冷轧硅钢片生产能力， 科技大学和武钢合作自主开发了VCR变接触支持 而且国内有条件的企业也正在筹划新建冷轧硅钢生 辊先后应用于F1~F7机架9.2003一2005年，双 产线.近年来，随着工业用户自身自动化水平和节 方合作自主开发了硅钢热轧板形控制的ASR非对 能要求不断提高，板形精度难以满足市场日趋严苛 称自补偿工作辊应用于F5机架.本文研究常规 的质量要求，板形问题日益成为影响产品竞争力的 支持辊/工作辊、VCR变接触支持辊/常规工作辊和 重要质量指标.通过系统跟踪测试与理论研究，发 VCR变接触支持辊/ASR非对称自补偿工作辊三种 现热轧是低牌号无取向冷轧硅钢片板形控制的关键 代表性硅钢热轧辊形配置. 工序习.在轧机机型确定的情况下，辊形成为带 由于生产现场测量工作辊辊形时，辊身方向通 钢板形控制最直接、最有效的手段到，本文以我国 常存在较大的温度差，因此实测工作辊辊形时必须 冷轧硅钢生产品种最全、产量最大的1700mm热连 配套测量轧辊表面温度以计算相应的热辊形5)， 轧机为研究对象，通过建立有限元模型分析了热轧 图1为无取向硅钢单位轧制F5机架常规工作辊上 辊形配置及其变化对无取向硅钢板形控制性能的影 机前、下机后测量的辊形F5-be.F5ac)和配套辊温 响，对于指导硅钢热轧板形控制具有重要意义， (F5bt、FSt).为了得到硅钢热轧辊形的变化，课 1硅钢热轧辊形配置及变化 题组在1700mm热连轧机完成了145支常规支持 辊、94支VCR变接触支持辊5网，无取向硅钢轧制 宽带钢热连轧机通常由七架四辊轧机（依次称 的37支常规工作辊和14支ASR非对称自补偿工 作F1,F2,…,F7)组成.本文研究的武钢1700mm 作辊辊形测量.通过对大量上机前和下机后工作辊 宽带钢热连轧机是我国从国外引进的第1套现代化 和支持辊的配套测量辊形进行比较分析表明：(1)硅 热连轧机，采用常规四辊轧机机型，1978年建成投 钢轧制时，热连轧机F1~F3机架的磨损辊形没有 产.1992一1994年从国外引进了高精度板形控制 系统及其数学模型，改造后板形控制系统设备具有 出现较明显的“猫耳朵”磨损形状，而F4~F7机架 的磨损辊形在带钢边部附近（即约一500mm和 如下特点：F4~F7机架采用工作辊长行程窜辊 500mm辊面上)出现了非常明显的“猫耳朵”磨损形 收稿日期：200605-07修回日期：2006-0811 状：(2)F1~F3机架的工作辊磨损量较小，F4~F7 基金项目：国家自然科学基金重点项目(N。.59835170):北京科技 机架的磨损量较大，特别是F4机架的磨损量最大： 大学科技发展专项基金课题(Na20040311890) 作者简介：曹建国(1971一)，男.剧散授博士 (3)与普钢相比.无取向硅钢轧制工作辊磨损量较

热轧辊形配置对无取向硅钢板形控制性能的影响 曹建国1) 魏钢城1 , 2) 张 杰1) 苏 毅2) 陈 刚2) 1)北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 2)武汉钢铁(集团)公司, 武汉 430083 摘 要 通过现场跟踪测试, 分析了常规支持辊、常规工作辊和自主开发应用的 VCR 变接触支持辊和 ASR 非对称自补偿工 作辊在服役期内的辊形变化特点, 建立有限元模型分析了常规支持辊/工作辊、变接触支持辊 VCR/ 常规工作辊和变接触支持 辊 VCR/ 非对称自补偿工作辊 ASR 三种代表性热轧辊形配置对硅钢热轧板形控制性能的影响.与常规辊形配置相比, VCR/ ASR 新辊形配置的辊缝凸度调节域提高 12.79%, 辊缝横向刚度提高 25.30%, 服役前期和后期辊间接触压力峰值分别下降 40.23 %和 41.40 %.VCR/ASR 新辊形配置在武钢 1 700 mm 热连轧机连续稳定工业应用表明, 无取向硅钢板形质量提高, 轧 制单位扩大, 有效改善工作辊严重磨损对硅钢边降板形控制性能影响. 关键词 热轧;带钢;磨损;有限元分析;板形控制 分类号 TG333.71 收稿日期:2006-05-07 修回日期:2006-08-11 基金项目:国家自然科学基金重点项目(No .59835170);北京科技 大学科技发展专项基金课题(No.20040311890) 作者简介:曹建国(1971—), 男, 副教授, 博士 冷轧硅钢片作为国家优先发展的高效节能 、用 量大的优秀软磁功能材料, 是我国钢铁工业品种结 构调整的重中之重.目前武钢、宝钢 、太钢和鞍钢等 重点冶金企业都在不断扩大冷轧硅钢片生产能力 , 而且国内有条件的企业也正在筹划新建冷轧硅钢生 产线.近年来, 随着工业用户自身自动化水平和节 能要求不断提高 ,板形精度难以满足市场日趋严苛 的质量要求 ,板形问题日益成为影响产品竞争力的 重要质量指标.通过系统跟踪测试与理论研究 , 发 现热轧是低牌号无取向冷轧硅钢片板形控制的关键 工序[ 1-2] .在轧机机型确定的情况下 , 辊形成为带 钢板形控制最直接、最有效的手段[ 3] .本文以我国 冷轧硅钢生产品种最全、产量最大的 1 700 mm 热连 轧机为研究对象 ,通过建立有限元模型分析了热轧 辊形配置及其变化对无取向硅钢板形控制性能的影 响,对于指导硅钢热轧板形控制具有重要意义 . 1 硅钢热轧辊形配置及变化 宽带钢热连轧机通常由七架四辊轧机(依次称 作F1 , F2 , … , F7)组成 .本文研究的武钢 1 700 mm 宽带钢热连轧机是我国从国外引进的第 1 套现代化 热连轧机 ,采用常规四辊轧机机型, 1978 年建成投 产.1992 —1994 年从国外引进了高精度板形控制 系统及其数学模型 ,改造后板形控制系统设备具有 如下特点 :F4 ～ F7 机架采用工作辊长行程窜辊 (±150 mm)的 W RS 机型和强力液压弯辊(单侧最 大弯辊力由原来的 900 kN 提高到 2 000 kN)[ 3] , 采 用常规支持辊和工作辊辊形 .1997 —2000 年 ,北京 科技大学和武钢合作自主开发了 VCR 变接触支持 辊先后应用于 F1 ～ F7 机架[ 4-5] .2003 —2005 年,双 方合作自主开发了硅钢热轧板形控制的 ASR 非对 称自补偿工作辊应用于 F5 机架[ 6] .本文研究常规 支持辊/工作辊、VCR 变接触支持辊/常规工作辊和 VCR 变接触支持辊/ASR 非对称自补偿工作辊三种 代表性硅钢热轧辊形配置. 由于生产现场测量工作辊辊形时, 辊身方向通 常存在较大的温度差 , 因此实测工作辊辊形时必须 配套测量轧辊表面温度以计算相应的热辊形[ 5, 7] , 图 1 为无取向硅钢单位轧制 F5 机架常规工作辊上 机前、下机后测量的辊形(F5-bc 、F5-ac)和配套辊温 (F5-bt 、F5-at).为了得到硅钢热轧辊形的变化 ,课 题组在 1 700 mm 热连轧机完成了 145 支常规支持 辊 、94 支 VCR 变接触支持辊 [ 5 , 8] 、无取向硅钢轧制 的 37 支常规工作辊和 14 支 ASR 非对称自补偿工 作辊辊形测量.通过对大量上机前和下机后工作辊 和支持辊的配套测量辊形进行比较分析表明:(1)硅 钢轧制时 ,热连轧机 F1 ～ F3 机架的磨损辊形没有 出现较明显的“猫耳朵” 磨损形状, 而 F4 ～ F7 机架 的磨损辊形在带钢边部附近(即约 -500 mm 和 500 mm辊面上)出现了非常明显的“猫耳朵” 磨损形 状 ;(2)F1 ～ F3 机架的工作辊磨损量较小 , F4 ～ F7 机架的磨损量较大, 特别是 F4 机架的磨损量最大; (3)与普钢相比, 无取向硅钢轧制工作辊磨损量较 第 29 卷 第 10 期 2007 年 10 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 No.10 Oct.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.10.016

。1034· 北京科技大学学报 第29卷 400 畅 -F5-be -F5-bt -F5-at 300 F5-ac 60 200 40 100 20 9000 -600 -200200 600 1000 -9000 -600-200200600 1000 距辊身中点的距离mm 距辊身中点的距离/mm 图1无取向硅钢制单位工作辊实测锟形及辊温度(5) Fig.I Measured work roll contours and surface temperatures of non oriented electrical steel sheet rolling campaign 大，甚至达到2~3倍以上：(4)采用常规支持辊，普 程中轧制压力变动时的稳定性：(3)板形控制效率曲 遍存在磨损不均，造成辊形变化不一，自上游到下游 线，反映板形控制手段单位作用引起辊缝形状的变 机架轧辊辊形的自保持性变差，辊形变化特征变坏： 化量，可用来描述板形控制手段及其变化对承载辊 (5)采用VCR变接触支持辊沿辊身长度方向磨损 缝形状的控制能力：(4)辊间接触压力分布不均匀度 量较均匀，辊形变化特征有明显改善 和峰值，衡量轧机及其板形控制手段的使用性能，反 映轧制过程中轧辊表面磨损分布程度和轧辊辊身产 2辊系变形有限元分析模型 生边部剥落的可能性. 为了分析热轧辊形配置对无取向硅钢板形控制 图3为1700mm热连轧机典型辊形配置的辊 性能的影响，采用常规三维有限元方法建立辊系变 缝调节特性.图中CN和CX分别指常规支持辊和 形计算模型具有计算精度高、通用性强的特点叨， 工作辊辊形配置取弯辊力为0和100%时的辊缝调 但存在计算量大、单位工况计算时间过长的缺点，故 节特性，VN和VX指VCR变接触支持辊和常规工 不适合大量工况计算.本文采用经过多套大型工业 作辊辊形配置的相应辊缝调节特性，AN和AX指 轧机实践检验的多体接触二维变厚度有限元方法建 VCR变接触支持辊和ASR非对称自补偿工作辊辊 立辊系变形有限元分析模型0，见图2.在此模型 形配置的相应辊缝调节特性.由图3可知，热连轧 中，在轧辊接触界面处设置具有适应功能的边界接 机F5机架常规工作辊配套VCR变接触支持辊的 触层单元，按抗压扁性相等原则确定等效理论厚度； 弯辊力辊缝凸度调节域，即位于辊缝调节特性线 轧辊各层实体单元的厚度按抗弯模量等效原则确 VN和VX之间范围，为I12m,比常规支持辊和工 定.该模型具有精度高、计算速度快和工程应用性 作辊辊形配置的辊缝凸度调节域提高8.23%，进一 强的特点 步采用VCR/ASR辊形配置可比常规辊形配置的辊 缝凸度调节域提高1279%. 100 50 N wr. AN 0 CX -50 -100 图21700mm热连轧机二维变厚度有限元模型 Fig.2 Two-dimensional varying thickness finite element model for -1506 10 轧制力，F,MN a 1 700mm hot strip mill 图31700mm热连轧机典型辊形配置的辊缝调节特性 3硅钢热轧板形控制性能 Fig.3 Effect of typical roll contour configuration on the charac teristic of roll gap profile applied in a 1 700 mm hot strip mill 硅钢热轧板形控制性能评价指标主要包含如下 方面：(1)辊缝凸度调节域，反映轧机的承载辊缝调 在轧制生产实践中，由于厚度自动控制需要和 节柔性：(2)辊缝横向刚度，衡量承载辊缝在轧制过 轧件本身的原因，轧制力不可避免要发生变化和波

图 1 无取向硅钢轧制单位工作辊实测辊形及辊温度(F5) Fig.1 Measured work roll contours and surface temperatures of non-oriented el ectrical steel sheet rolling campaign 大,甚至达到 2 ～ 3 倍以上 ;(4)采用常规支持辊 , 普 遍存在磨损不均 ,造成辊形变化不一,自上游到下游 机架轧辊辊形的自保持性变差 ,辊形变化特征变坏 ; (5)采用 VCR 变接触支持辊, 沿辊身长度方向磨损 量较均匀 ,辊形变化特征有明显改善. 2 辊系变形有限元分析模型 为了分析热轧辊形配置对无取向硅钢板形控制 性能的影响 ,采用常规三维有限元方法建立辊系变 形计算模型具有计算精度高、通用性强的特点[ 9] , 但存在计算量大 、单位工况计算时间过长的缺点, 故 不适合大量工况计算 .本文采用经过多套大型工业 轧机实践检验的多体接触二维变厚度有限元方法建 立辊系变形有限元分析模型 [ 10] , 见图 2 .在此模型 中,在轧辊接触界面处设置具有适应功能的边界接 触层单元 ,按抗压扁性相等原则确定等效理论厚度 ; 轧辊各层实体单元的厚度按抗弯模量等效原则确 定.该模型具有精度高、计算速度快和工程应用性 强的特点[ 5] . 图 2 1 700 mm 热连轧机二维变厚度有限元模型 Fig.2 Two-dimensional varying thickness finite el ement model for a 1 700 mm hot strip mill 3 硅钢热轧板形控制性能 硅钢热轧板形控制性能评价指标主要包含如下 方面:(1)辊缝凸度调节域, 反映轧机的承载辊缝调 节柔性 ;(2)辊缝横向刚度, 衡量承载辊缝在轧制过 程中轧制压力变动时的稳定性;(3)板形控制效率曲 线 ,反映板形控制手段单位作用引起辊缝形状的变 化量 ,可用来描述板形控制手段及其变化对承载辊 缝形状的控制能力 ;(4)辊间接触压力分布不均匀度 和峰值 ,衡量轧机及其板形控制手段的使用性能 ,反 映轧制过程中轧辊表面磨损分布程度和轧辊辊身产 生边部剥落的可能性. 图 3 为 1 700 mm 热连轧机典型辊形配置的辊 缝调节特性.图中 CN 和 CX 分别指常规支持辊和 工作辊辊形配置取弯辊力为 0 和 100 %时的辊缝调 节特性 ,VN 和 VX 指 VCR 变接触支持辊和常规工 作辊辊形配置的相应辊缝调节特性 , AN 和 AX 指 VCR 变接触支持辊和 AS R 非对称自补偿工作辊辊 形配置的相应辊缝调节特性 .由图 3 可知, 热连轧 机 F5 机架常规工作辊配套 VCR 变接触支持辊的 弯辊力辊缝凸度调节域 , 即位于辊缝调节特性线 VN 和 VX 之间范围,为 112 μm ,比常规支持辊和工 作辊辊形配置的辊缝凸度调节域提高 8.23 %,进一 步采用 VCR/ASR 辊形配置可比常规辊形配置的辊 缝凸度调节域提高 12.79 %. 图 3 1 700 mm 热连轧机典型辊形配置的辊缝调节特性 Fig.3 Effect of typical roll contour configuration on the charac￾teristic of roll gap profile applied in a 1 700 mm hot strip mill 在轧制生产实践中 ,由于厚度自动控制需要和 轧件本身的原因, 轧制力不可避免要发生变化和波 · 1034 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷

第10期 曹建国等：热轧辊形配置对无取向硅钢板形控制性能的影响 。1035。 动，理想的辊缝还应在轧制力波动变化时保持其稳 题，课题组根据轧制过程中轧辊的磨损规律，设定特 定性.热连轧机F5机架采用常规辊形配置的辊缝 殊窜辊方式，使得工作辊的磨损由“U”形变为“L” 横向刚度为0.1350MNm,应用VCR配合常规 形，即打开凹槽型磨损的槽箱的一个边，使轧件始终 工作辊和VCR/ASR新辊形配置的辊缝横向刚度可 处于辊形较为平坦的区域内，结合工作辊强力弯辊 分别提高16.90%和25.30%，明显了提高了轧制过 保证承载辊缝形状的正常可控.由图4可知，应用 程中辊缝控制的稳定性. VCR/ASR新辊形配置的承载辊缝形状较为平坦可 在轧机机型确定情况下，辊形及其配置成为带 控，可显著增强硅钢边降板形控制能力，有效解决因 钢板形控制最直接、最有效的手段，CVC、EDC、 凹槽型“U”磨损带来的凸度偏大难题，并增加低凸 FPC,SmartCrow n、VCR和ASR等板形控制技术实 度带钢比例. 质即在于辊形创新.图4为1700mm热连轧机F5 辊间接触压力分布不均匀度是指沿接触线长度 机架应用的辊形配置及其变化的板形控制效率曲 方向辊间压力的最大值和其平均值的比值.常规支 线，此时轧制力为10.4MN,弯辊力为800kN.图中 持辊/工作辊、VCR/常规工作辊和VCR/ASR三种 BWG和BW一W分别指常规支持辊和工作辊辊形 辊形配置在常见轧制力为10.4MN,弯辊力为 配置及轧制单位服役期内磨损和热胀造成的工作辊 800kN工况情况下，在工作辊服役前期的辊间接触 辊形变化，VW-G和VW-W分别指VCR支持辊和 压力分布不均匀度分别为197、1.15和125，服役 常规工作辊辊形配置及轧制单位服役期内磨损和热 后期由于磨损和热胀导致辊形显著变化的轧制后期 胀造成的工作辊辊形变化，VAG和VA-W分别指 辊间接触压力分布不均匀度分别为235、140和 VCR支持辊和ASR工作辊辊形配置及轧制单位服 1.48,可知采用VCR/常规工作辊和VCR/ASR辊 役期内磨损和热胀造成的工作辊辊形变化.如前所 形配置的辊间压力分布有明显改善.上述三种辊形 述，和普钢相比，热连轧机无取向硅钢轧制工作辊磨 配置在服役前期的辊间接触压力峰值分别为 损量较大，甚至达到2~3倍以上，尤其是下游机架 14.648.28和8.75kN°mm1,服役后期相应辊间 的工作辊磨损较大导致辊形变化显著，在轧制后期 接触压力峰值分别为17.68,10.22和10.36 轧辊磨损更严重，特别是会出现“箱形”磨损区且在 kNmm1,与常规辊形配置相比，VCR/ASR新辊 靠近带钢边部出现局部“猫耳朵”磨损.由图可知， 形配置服役前期和后期辊间接触压力峰值分别下降 采用常规工作辊辊形的承载辊缝形状变化差异大， 40.23%和41.40%.因此新辊形自保持性较好，轧 易导致无取向硅钢热轧板中部凸度偏大，尤其是边 制过程中可稳定发挥其板形控制性能，并有利于防 降显著，难以满足用户日趋严苛的板形质量要求. 止轧辊辊身产生边部剥落，提高轧制过程的使用 采用VCR支持辊可明显增强弯辊力板形调节效率 性能. 和调节范围，增强了轧机的辊缝调节柔性：由于支持 4 现场应用及效果 辊服役周期长，要适应不同轧制品种和规格的生产 实践需要，因此只能适度解决因工作辊凹槽型“U” VCR变接触支持辊1997年5月开始在武钢 磨损带来的硅钢凸度偏大问题，难以完全满足低凸 1700mm热连轧机F3机架投入生产试验，逐步完善 度轧制要求.针对热轧工作辊凹槽型“U”磨损以及 后依次推广应用于F6、F4及F5机架1999年9月 上下工作辊磨损不一致轴向窜动后带来的楔形等问 开始同时应用于F1~F7全部7个机架14个支持 辊，使热连轧机精轧机组的板形控制能力和板形控 40 制稳定性增强，取得明显改善带钢板形质量的效果： 通过应用VCR前(5.08万卷)、后(4.44万卷)9万 -120 余卷带钢的板形质量生产数据统计可知，带钢凸度 --BW-G -VW-W 层-160 BW-W◆VA-G 超标率由33.90%下降为13.84%.带钢全长板形平 -VW-G --VA-W 坦度超过7IU的比率由19.28%下降为6.91%.同 -400-2000200 400 600 时值得指出的是，现场实测数据表明VCR沿辊身 距带钢中部的距离mm 长度方向各点磨损较均匀，有效提高了支持辊辊形 图41700mm热连轧机辊形的板形控制效率曲线 自保持性，显著改善轧辊辊形变化特征，既保证了板 Fig.4 Flatness control efficiency curves of typical roll contour 形控制效果的稳定，又可有效防止轧辊辊身产生边 configuration applied in a 1 700 mm hot strip mill 部剥落，延长服役期。增加轧制量

动,理想的辊缝还应在轧制力波动变化时保持其稳 定性.热连轧机 F5 机架采用常规辊形配置的辊缝 横向刚度为0.135 0M N·μm -1 ,应用 VCR 配合常规 工作辊和 VCR/ASR 新辊形配置的辊缝横向刚度可 分别提高 16.90 %和 25.30 %,明显了提高了轧制过 程中辊缝控制的稳定性. 图 4 1 700 mm 热连轧机辊形的板形控制效率曲线 Fig.4 Flatness control effi ciency curves of typical roll contour configuration applied in a 1 700 mm hot strip mill 在轧机机型确定情况下 , 辊形及其配置成为带 钢板形控制最直接 、最有效的手段, CVC 、EDC 、 FPC 、SmartC row n 、VCR 和 ASR 等板形控制技术实 质即在于辊形创新 .图 4 为 1 700 mm 热连轧机 F5 机架应用的辊形配置及其变化的板形控制效率曲 线,此时轧制力为 10.4 MN ,弯辊力为800 kN .图中 BW-G 和 BW-W 分别指常规支持辊和工作辊辊形 配置及轧制单位服役期内磨损和热胀造成的工作辊 辊形变化, VW-G 和 VW-W 分别指 VCR 支持辊和 常规工作辊辊形配置及轧制单位服役期内磨损和热 胀造成的工作辊辊形变化 ,VA-G 和 VA-W 分别指 VCR 支持辊和 AS R 工作辊辊形配置及轧制单位服 役期内磨损和热胀造成的工作辊辊形变化.如前所 述,和普钢相比 ,热连轧机无取向硅钢轧制工作辊磨 损量较大,甚至达到 2 ～ 3 倍以上 ,尤其是下游机架 的工作辊磨损较大导致辊形变化显著, 在轧制后期 轧辊磨损更严重 ,特别是会出现“箱形”磨损区且在 靠近带钢边部出现局部“猫耳朵” 磨损.由图可知 , 采用常规工作辊辊形的承载辊缝形状变化差异大 , 易导致无取向硅钢热轧板中部凸度偏大, 尤其是边 降显著 ,难以满足用户日趋严苛的板形质量要求 . 采用 VCR 支持辊可明显增强弯辊力板形调节效率 和调节范围,增强了轧机的辊缝调节柔性;由于支持 辊服役周期长, 要适应不同轧制品种和规格的生产 实践需要, 因此只能适度解决因工作辊凹槽型“ ∪” 磨损带来的硅钢凸度偏大问题 , 难以完全满足低凸 度轧制要求.针对热轧工作辊凹槽型“ ∪” 磨损以及 上下工作辊磨损不一致轴向窜动后带来的楔形等问 题 ,课题组根据轧制过程中轧辊的磨损规律,设定特 殊窜辊方式, 使得工作辊的磨损由“ ∪ ”形变为“ ” 形 ,即打开凹槽型磨损的槽箱的一个边,使轧件始终 处于辊形较为平坦的区域内 ,结合工作辊强力弯辊 保证承载辊缝形状的正常可控 .由图 4 可知, 应用 VCR/ASR 新辊形配置的承载辊缝形状较为平坦可 控 ,可显著增强硅钢边降板形控制能力,有效解决因 凹槽型“ ∪”磨损带来的凸度偏大难题, 并增加低凸 度带钢比例 . 辊间接触压力分布不均匀度是指沿接触线长度 方向辊间压力的最大值和其平均值的比值 .常规支 持辊/工作辊 、VCR/常规工作辊和 VCR/ASR 三种 辊形配置在常见轧制力为 10.4 MN , 弯辊力为 800 kN工况情况下, 在工作辊服役前期的辊间接触 压力分布不均匀度分别为 1.97 、1.15 和 1.25 ,服役 后期由于磨损和热胀导致辊形显著变化的轧制后期 辊间接触压力分布不均匀度分别为 2.35 、1.40 和 1.48 ,可知采用 VCR/常规工作辊和 VCR/ASR 辊 形配置的辊间压力分布有明显改善 .上述三种辊形 配置 在服役前期 的辊间接 触压力峰 值分别为 14.64 , 8.28 和 8.75 kN·mm -1 ,服役后期相应辊间 接触 压 力 峰 值 分 别 为 17.68 , 10.22 和 10.36 kN·mm -1 , 与常规辊形配置相比, VCR/ASR 新辊 形配置服役前期和后期辊间接触压力峰值分别下降 40.23 %和41.40 %.因此, 新辊形自保持性较好 ,轧 制过程中可稳定发挥其板形控制性能, 并有利于防 止轧辊辊身产生边部剥落, 提高轧制过程的使用 性能. 4 现场应用及效果 VCR 变接触支持辊 1997 年 5 月开始在武钢 1 700 mm热连轧机 F3 机架投入生产试验, 逐步完善 后依次推广应用于 F6 、F4 及 F5 机架, 1999 年 9 月 开始同时应用于 F1 ～ F7 全部 7 个机架 14 个支持 辊 ,使热连轧机精轧机组的板形控制能力和板形控 制稳定性增强,取得明显改善带钢板形质量的效果: 通过应用 VCR 前(5.08 万卷)、后(4.44 万卷)9 万 余卷带钢的板形质量生产数据统计可知 , 带钢凸度 超标率由 33.90 %下降为 13.84 %,带钢全长板形平 坦度超过7 IU 的比率由 19.28 %下降为6.91 %.同 时值得指出的是 , 现场实测数据表明 VCR 沿辊身 长度方向各点磨损较均匀 ,有效提高了支持辊辊形 自保持性,显著改善轧辊辊形变化特征,既保证了板 形控制效果的稳定, 又可有效防止轧辊辊身产生边 部剥落 ,延长服役期,增加轧制量 . 第 10 期 曹建国等:热轧辊形配置对无取向硅钢板形控制性能的影响 · 1035 ·

。1036 北京科技大学学报 第29卷 ASR非对称自补偿工作辊2003年8月开始在 降低带钢凸度和板形平坦度超标率、消除轧辊边部 武钢1700连轧机进行生产试验，通过F6、F4和F5 剥落效果 等不同机架轮次的ASR现场轧制试验，考虑目前硅 (3)与前两种辊形配置相比，采用VCR/ASR 钢生产实践，边裂是一大工艺难题，在轧制硅钢时下 辊形配置可进一步扩大轧机的辊缝凸度调节域和提 游后机架用ASR辊能有效控制带钢边降，但可能会 高辊缝横向刚度以增强轧制过程辊缝控制的稳定 因应力集中而有更大边裂，比较各方面的因素，最终 性，并同样改善辊间压力分布，工业应用取得了无取 决定在轧制低牌号无取向硅钢时将ASR辊用于F5 向硅钢低凸度带钢比例显著增加、轧制单位明显扩 机架.VCR/ASR新辊形配置形成的低凸度、高刚 大和有效改善工作辊严重磨损对硅钢边降板形控制 度型辊缝可保证辊缝形状平坦可控，有效改善工作 性能影响的生产实绩；且VCR/ASR新辊形自保持 辊严重磨损对硅钢边降板形控制性能的影响，为生 性较好，轧制过程中可稳定发挥其板形控制性能，并 产低凸度低牌号无取向硅钢做出显著贡献：应用 有利于防止轧辊产生边部剥落，提高轧制过程的使 ASR技术进行了2期共4个轧制单位计5835t的 用性能. 轧制试验，使用A$R技术不仅显著增加了低凸度带 参考。文献 钢比例，带钢出口凸度小于52m的比例由 13.70%提高到81.25%，还能有效控制超标卷的数 【】欧阳芸，曹建国，张杰，等.无取向硅钢热轧板形控制与轧制特 量，凸度>60m的带钢比例从65.60%下降到 性的关系.冶金设备，2005(1)：6 【☒曹建国，张杰，甘健斌等.无取向硅钢热轧工作辊磨损预报模 6.60%.值得指出的是，对于同宽轧制的硅钢单位， 型.北京科技大学学报，2006.28(3)：287 由于辊形变化剧烈的原因导致轧制块数比常规单位 【习曹建国，张杰，陈先霖，等。宽带钢热连轧机选型配置与板形控 要少得多.采用ASR技术的试验轧制单位带钢块 制.钢铁2005.40(6)：40 数由常规工作辊的60块增加到80块、甚至95块 【刂陈先霖，张杰，张清东，等.宽带钢热连轧机板形控制系统的开 时，仍能取得明显的板形控制效果.ASR于2004年 发.钢铁2000.35(7)：28 [习 Cao JG Zhang J Chen X L,et al.Contml of roll contour for 11月己投入大型工业轧机稳定连续应用，且工业应 st rip profik and fatness in hot roling //44th Mechanical Working 用轧制单位己由60块稳定扩大到80块以上. and Steel Prooessing Conference Proceeding.Florida 2002:1001 [(曹建国，张杰宋平，等.无取向硅钢热轧板形控制的ASR技 5结论 术.钢铁2006.41(6)：43 (1)与普钢相比，无取向硅钢轧制工作辊磨损 [7 Shaw D A.McChan PJ MarianiC et al.Contml strategies for high production and quality:U.S.Steel Gary 84-in.Hot 量较大，采用常规支持辊/工作辊辊形配置的承载辊 Strip Mill.Iron Steel Eng 1998.75(6):31 缝形状变化差异大，辊间压力分布不均匀，易导致无 【习曹建国，陈先霖，张清东等。宽带钢热轧机轧辊磨损与辊形评 取向硅钢热轧板中部凸度偏大，尤其是边降显著，难 价.北京科技大学学报，1999.21(2)：188 以满足用户日趋严苛的板形质量要求，且轧辊辊身 [9 Ginzburg V B.High-quality Sted Rolling:Theory and Practice. 易产生剥落 New York:Dekker Ino 1993:461 [10 Chen X L.Zou J X.A specialized finite element model forinves (2)与常规支持辊/工作辊辊形配置相比，采用 tigating controling factors affecting behavior of rolls and strip VCR/常规工作辊可扩大轧机的辊缝凸度调节域和 flatnes/Proceeding of the 4th International Conference on 提高辊缝横向刚度以增强轧制过程辊缝控制的稳定 Steel Rolling.Deauville,1987:E4.1 性，并改善辊间压力分布，应用于生产实际取得明显 (下转第1050页)

ASR 非对称自补偿工作辊 2003 年 8 月开始在 武钢 1700 连轧机进行生产试验 , 通过 F6 、F4 和 F5 等不同机架轮次的 ASR 现场轧制试验 ,考虑目前硅 钢生产实践,边裂是一大工艺难题 ,在轧制硅钢时下 游后机架用 ASR 辊能有效控制带钢边降, 但可能会 因应力集中而有更大边裂 ,比较各方面的因素 ,最终 决定在轧制低牌号无取向硅钢时将 ASR 辊用于 F5 机架.VCR/ASR 新辊形配置形成的低凸度、高刚 度型辊缝可保证辊缝形状平坦可控 ,有效改善工作 辊严重磨损对硅钢边降板形控制性能的影响, 为生 产低凸度低牌号无取向硅钢做出显著贡献 :应用 ASR 技术进行了 2 期共 4 个轧制单位计 5 835 t 的 轧制试验, 使用 AS R 技术不仅显著增加了低凸度带 钢比 例, 带 钢 出 口凸 度 小 于 52 μm 的 比 例 由 13.70 %提高到 81.25 %,还能有效控制超标卷的数 量, 凸 度 >60 μm 的 带钢比 例从 65.60 %下降 到 6.60 %.值得指出的是 ,对于同宽轧制的硅钢单位 , 由于辊形变化剧烈的原因导致轧制块数比常规单位 要少得多 .采用 ASR 技术的试验轧制单位带钢块 数由常规工作辊的 60 块增加到 80 块、甚至 95 块 时,仍能取得明显的板形控制效果 .AS R 于 2004 年 11 月已投入大型工业轧机稳定连续应用 ,且工业应 用轧制单位已由 60 块稳定扩大到 80 块以上 . 5 结论 (1)与普钢相比, 无取向硅钢轧制工作辊磨损 量较大,采用常规支持辊/工作辊辊形配置的承载辊 缝形状变化差异大, 辊间压力分布不均匀,易导致无 取向硅钢热轧板中部凸度偏大 ,尤其是边降显著, 难 以满足用户日趋严苛的板形质量要求, 且轧辊辊身 易产生剥落. (2)与常规支持辊/工作辊辊形配置相比 ,采用 VCR/常规工作辊可扩大轧机的辊缝凸度调节域和 提高辊缝横向刚度以增强轧制过程辊缝控制的稳定 性,并改善辊间压力分布 ,应用于生产实际取得明显 降低带钢凸度和板形平坦度超标率、消除轧辊边部 剥落效果. (3)与前两种辊形配置相比, 采用 VCR/ASR 辊形配置可进一步扩大轧机的辊缝凸度调节域和提 高辊缝横向刚度以增强轧制过程辊缝控制的稳定 性 ,并同样改善辊间压力分布,工业应用取得了无取 向硅钢低凸度带钢比例显著增加、轧制单位明显扩 大和有效改善工作辊严重磨损对硅钢边降板形控制 性能影响的生产实绩 ;且 VCR/ASR 新辊形自保持 性较好 ,轧制过程中可稳定发挥其板形控制性能 ,并 有利于防止轧辊产生边部剥落, 提高轧制过程的使 用性能 . 参 考 文 献 [ 1] 欧阳芸, 曹建国, 张杰,等.无取向硅钢热轧板形控制与轧制特 性的关系.冶金设备, 2005(1):6 [ 2] 曹建国, 张杰, 甘健斌,等.无取向硅钢热轧工作辊磨损预报模 型.北京科技大学学报, 2006 , 28(3):287 [ 3] 曹建国, 张杰, 陈先霖,等.宽带钢热连轧机选型配置与板形控 制.钢铁, 2005 , 40(6):40 [ 4] 陈先霖, 张杰, 张清东,等.宽带钢热连轧机板形控制系统的开 发.钢铁, 2000 , 35(7):28 [ 5] Cao J G, Zhang J, C hen X L, et al.Control of roll con tour for strip profile and flatness in hot rolling ∥44th Mechanical Working and S teel Processing Conference Proceeding .Florida, 2002:1001 [ 6] 曹建国, 张杰, 宋平, 等.无取向硅钢热轧板形控制的 ASR 技 术.钢铁, 2006 , 41(6):43 [ 7] Shaw D A , McGhan P J, Mariani C J, et al.Control strategies for high production and qualit y :U .S .St eel Gary 84 -in.Hot Strip Mill.Iron Steel Eng, 1998 , 75(6):31 [ 8] 曹建国, 陈先霖, 张清东, 等.宽带钢热轧机轧辊磨损与辊形评 价.北京科技大学学报, 1999 , 21(2):188 [ 9] Ginzburg V B.High-qualit y S teel Rolling :T heory and Practice . New York:Dekker Inc, 1993:461 [ 10] Chen X L , Zou J X.A specialized finit e element model f or inves￾tigating con trolling factors affecting behavior of rolls and strip flatness ∥ Proceeding of the 4th International Conf erence on St eel Rolling .Deauville , 1987:E4.1 (下转第 1050 页) · 1036 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷

。1050· 北京科技大学学报 第29卷 [8]Ding H S,Zhang F H.Yan X M.et al.A scanning SQUID mi- tow-dimensional current distribution.J Appl Phys 1989 65 croscope for room temperature samples.Chin Phys 2002.11 (1):361 (11):1135 【Ig陈兆斗，申亚男.Col一Tukey FFT在高维的算法.计算数 [9]Bradley J R.Sepulveda N G.Using a magnetometer to image a 学，200426(2)：137 M agnetism-current inverse in high-temperature superconducting quantum interfer- ence device magnetic field measurement FENG Mengli,DING Hongsheng,SUN Jingchun Appied Science School University of Science and Technology Beijing.Bijng 100083.China ABSTRACT Based on the Biot-Savart law,spatial filtering technology and two-dimensional Fourier transfom, the inverse problem of magnetic field to current distribution was researched.The inverse method was applied to the real magnetic field data measured by a high-temperature superconducting quantum interference device (SQUID),and the magnetic field was produced by a lead with current and vortex around a columniform crack. The inverse results,especially how to select the filtering frequency in a Fourier space,were discussed.The re- sults show that a larger cutoff frequency can improve the spatial resolution of the current image but increase the noise signal.If a smaller cutoff frequency is selected.much of the noise can be eliminated,but the resulted in- verse signal will be anamorphic,and the spatial resolution is decreased.Using the magnetic field data excited by vortex around a column form defect.the inversed current result can give the infommation about the location and the form of the defect exactly. KEY WORDS superconducting quantum interference device (SQUID);magnetic field measurement;nonde- structive evaluation(NDE);inverse (上接第1036页) Effect of roll contour configuration on the flatness control performance of non-ori- ented electrical steel sheets in hot rolling CAO Jianguo,WEI Gangcheng2.ZHANGJie,SU Yi2.CHEN Gang?) 1)Mechanical Engineering School University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083 China 2)Wuhan I mn and Steel Company.W uhan 430083,China ABSTRACT The roll contour variation characteristics of conventional backup and work rolls,self-developed VCR (varying contact backup rolls)and ASR (asymmetry self-compensating work rolls)were investigated by industrial test results.The finite element models of three typical roll contour configurations,i.e.conventional backup/work rolls,VC R/conventional work rolls,and VCR/ASR,were developed to calulate the roll stack de- formation.The flatness control performance of these roll contour configurations was analy zed.In comparison with the conventional roll contour configuration,the crown control range by roll bending force enhances by 12 79%and the roll gap stiffness increases by 25.30%.The peak values of roll contact pressure in the prophase and anaphase rolling service drop by 40.23%and 41.40%0,respectively.The application of VCR/ASR configu- ration gives better strip profile and flatness quality,an increase in coil number within the rolling campaign and a significant alleviated effect of severe work roll wear contour on the perfomance of edge drop control in a 1 700 mm hot strip mill at WIS(G)CO of China. KEY WORDS hot rolling;strip:wear;finite element analysis;flatness control

[ 8] Ding H S , Zhang F H , Yan X M , et al.A scanning SQUID mi￾croscope for room temperature samples.Chin Phys, 2002 , 11 (11):1135 [ 9] Bradley J R, Sepulveda N G .Using a magnetometer to image a tow-dimensional current distributi on.J Appl Phys, 1989 , 65 (1):361 [ 10] 陈兆斗, 申亚男.Cooley-Tukey FFT 在高维的算法.计算数 学, 2004 , 26(2):137 Magnetism-current inverse in high-temperature superconducting quantum interfer￾ence device magnetic field measurement FENG Mengli , DING Hongsheng , SUN Jingchun Applied S cience School, University of Science and T echnology Beijing , Beijing 100083 , China ABSTRACT Based on the Biot-Savart law , spatial filtering technology and two-dimensional Fourier transfo rm , the inverse problem of magnetic field to current distribution w as researched .The inverse method was applied to the real magnetic field data measured by a high-temperature superconducting quantum interference device (SQUID), and the magnetic field w as produced by a lead w ith current and vortex around a columniform crack . The inverse results, especially how to select the filtering frequency in a Fourier space , were discussed .The re￾sults show that a larger cutoff frequency can improve the spatial resolution of the current image , but increase the noise signal.If a smaller cutoff frequency is selected , much of the noise can be eliminated , but the resulted in￾verse signal w ill be anamorphic , and the spatial resolution is decreased .Using the magnetic field data excited by vo rtex around a column form defect , the inversed current result can give the information about the location and the form of the defect exactly . KEY WORDS superconducting quantum interference device (SQU ID);magnetic field measurement ;nonde￾structive evaluation(NDE);inverse (上接第 1036 页) Effect of roll contour configuration on the flatness control performance of non-ori￾ented electrical steel sheets in hot rolling CAO Jianguo 1), WEI Gangcheng 1 , 2), ZHANGJ ie 1), S U Y i 2), CHEN Gang 2) 1)Mechanical Engineering S chool, University of Sci ence and Technology Beijing , Beijing 100083 , China 2)Wuhan I ron and St eel Company , Wuhan 430083 , China ABSTRACT The roll contour variation characteristics of conventional backup and work rolls, self-developed VCR (varying contact backup rolls)and ASR (asymmetry self-compensating wo rk rolls)w ere investig ated by industrial test results.The finite element models of three typical roll contour configurations, i .e .conventional backup/wo rk rolls, VCR/ conventional w ork rolls, and VCR/ASR , w ere developed to calculate the roll stack de￾formation .The flatness control performance of these roll contour configurations w as analy zed .In comparison w ith the conventional roll contour configuration , the crown control range by roll bending fo rce enhances by 12.79 %and the roll gap stiffness increases by 25.30 %.The peak values of roll contact pressure in the prophase and anaphase rolling service drop by 40.23 %and 41.40 %, respectively .The application of VCR/ASR configu￾ration gives better strip profile and flatness quality , an increase in coil number within the rolling campaign and a significant alleviated effect of severe w ork roll w ear contour on the perfo rmance of edge drop control in a 1 700 mm hot strip mill at WIS(G)CO of China. KEY WORDS hot rolling ;strip ;wear;finite element analysis ;flatness control · 1050 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷